On the LMI optimization of active and semi active vehicle suspensions

Abstract

Bu çalışmada, doğrusal parametreli, yedi serbestlik derecesine sahip tam-araç modeli türetilmiştir ve rassal yol girdileri ile uyarılmış bir aracın sırasıyla pasif, aktif ve yarı aktif süspansiyon tasarımı için yanıtı incelenmiştir. Süspansiyon sisteminin performansı, aracın yolcu konforu ve sürüş güvenliğini gösteren gövde ivmeleri, süspansiyon deformansyonları ve lastik yer değiştirmeleri ölçülerek gösterilmiştir.Aktif süspansiyon sistemi tek veya çok amaçlı kontrolcüler ile kontrol edilmiştir ve her bir kontrölcü tasarımı için araç çıktı yanıtları incenmiştir. İlk olarak, maliyet fonksiyonunda yer alan çıktı endeksleri arasında uzlaşımı sağlayan Doğrusal Kare Gausyan (LQG) kontrolcüsü tasarlanmıştır. Daha sonra, bölgesel kutup yerleştirme kısıtlarını göz önüne alan karışık H_2/H_infinity kontrolcüsü farklı sürüş senoryoları için sentezlenmiştir ve dinamik geri besleme çıktı çözümleri doğrusal matris eşitsizlikleri (LMI) kullanılarak elde edilmiştir.Son olarak, aktif sistemlere göre daha basit bir tasarıma sahip ve düşük maliyeti amaçlayan yarı-aktif süspansiyon sistemleri Skyhook, Groundhook and Hibrid klasik yaklaşımları kullanılarak tasarlanmıştır. Karışık H_2/H_infinity statik çıktı geri besleme kontrolcüsü, araç gövdesinin dört köşesinden elde edilen hız ve süspansiyon deformasyonu ölçümleri kullanılarak MR damper ile gerçeklenmiştir. Burada, Skyhook kontrol kuralı ve aktif LMI optimizasyonu MR damper'in karakteristk özelliklerini belirlemek için kullanılmıştır.Sunulan aktif ve yarı aktif kontrolcüler için tasarım başarısı benzetim çalışmaları ve ölçeklendirilmiş RMS yanıtları ile gösterilmiştir.Anahtar Sözcükler: Tam araç modeli, Aktif süspansiyon, Yarı-aktif süspansiyon, Yol modeli, Çok amaçlı kontrol, LMI optimizasyonu, H∞ performansı, H2 performansı, Statik çıktı geri beslemesi, Dinamik çıktı geri beslemesi, Durum geri beslemesi, LQG kontrol, Skyhook kontrol, Groundhook kontrol, Hibrid kontrol

In this study, a seven degrees of freedom full car model with linear parameters is derived, and three type of suspension systems, namely, passively, actively and semi actively suspended systems are reviewed to study car's vibration under random road excitation. The performance of suspension systems are determined by measuring the body accelerations, suspension travels and tire deflections to assess ride comfort and drive safety of the vehicle.The active suspension system is controlled by single and multi objectives controllers and for each controller the vehicle behavior is observed. An LQG control is presented and a trade off in cost function between the output indices is made. A different scenarios for mixed H_2/H_infinity syntheses with regional pole placement constraints are generated and a dynamic output feedback solutions are solved using LMIs.For the semi active suspension system, a classical approaches Skyhook, Groundhook and Hybrid are used to control the system since these approaches feature simplicity and lower cost compared to their active counterparts. A mixed H_2/H_infinity static output feedback controller realized by MR damper which utilizes the measurements of the velocity at each corner of sprung mass and the suspension travel speeds as feedback signals is designed for two types of Skyhook control law and solved via LMI to obtain the damping characteristics of MR dampers.For the proposed controllers, the effectiveness is validated by simulation results and the achieved RMS responses are compared.Keywords: Full car model, Active suspension, Semi active suspension, Road model, Multi-objective control, LMI optimization, H∞ performance, H2 performance, Static output feedback, Dynamic output feedback, State feedback, LQG control, Skyhook control, Groundhook control, Hybrid control